第五章煤的直接液化教学课件.ppt

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1、煤化工概论化学工程系 高晓荣煤的直接液化 2 1 12 2 3 3上上 节节 提提 纲纲F-T合成催化剂合成催化剂 F-T合成的影响因素合成的影响因素 F-T合成工艺合成工艺 3煤直接液化概述煤直接液化概述1 1煤直接液化原理煤直接液化原理2 2本本 节节 提提 纲纲7 7什么是煤直接液化?加氢 H2气化21、概念 直接液化也称加氢液化，是指煤在高温高压的条件下与氢反应，并在催化剂和溶剂作用下进行裂解、加氢，从而将煤直接转化为小分子的液体燃料和化工原料的过程。2、产品 生产汽油、柴油、煤油、液化石油气; 提取苯、甲苯、二甲苯混合; 生产乙烯、丙烯等重要烯烃的原料。3、优缺点 优点：是热效率较高

2、、液体产品收率高； 缺点：是煤浆加氢工艺条件相对苛刻，反应设备需能够承受高温、高压和氢的腐蚀一、概一、概 述述4、工艺过程与干破碎燥、煤浆制备、加氢液化、固液分离气体净化液体产品分馏和精制液化残渣气化制取氢气二、国外煤直接液化的发展状况 发展状况 1913年，德国柏吉斯（Bergins）首先研究了煤的高压加氢，从而为煤加氢液化技术奠定了基础。 1927年在德国建立了世界第一个煤直接液化工厂，以后又建11套装置，在1944年总生产能力达到400万吨/年，为德国提供了发动战争用油。 50年代中东廉价石油的大量开发，使煤液化失去竞争力。 1973年石油价格暴涨之后，煤直接液化技术的开发又活跃起来。

3、开发的工艺 德国IGOR工艺 美国HTI工艺 俄罗斯FFI工艺 日本NEDOL工艺 三三. 我国煤炭直接液化技术开发概况我国煤炭直接液化技术开发概况1、煤炭与石油的根本区别、煤炭与石油的根本区别煤以缩合芳香环为主，石油以饱和烃为主；煤以缩合芳香环为主，石油以饱和烃为主；煤的煤的H/C原子比低，原子比低，0.3-0.8，石油，石油H/C原子比高，原子比高，1.8；煤是由缩合芳香环为结构单元通过桥键联在一起的大分煤是由缩合芳香环为结构单元通过桥键联在一起的大分子固体物，石油是不同大小分子组成的液体混合物。子固体物，石油是不同大小分子组成的液体混合物。四、煤加氢液化原理煤直接液化的三个目的煤直接液化

4、的三个目的1、煤大分子（、煤大分子（M5000-10000）破碎为油小分子（）破碎为油小分子（M200） 2、H/C比从比从0.8提高至提高至 1.83、从油品中脱除、从油品中脱除S、N、O等杂原子等杂原子煤直接液化的宏观化学过程煤直接液化的宏观化学过程加热断键 - 油 加氢自由基碎片2.煤加氢液化中的主反应煤的热解当温度升至300以上时，煤受热分解，即煤的大分子结构中较弱的桥键开始断裂，打碎了煤的分子结构，从而产生大量的以结构单元为基体的自由基碎片，自由基的相对分子质量在数百范围。 加氢反应煤热解自由基“碎片”的加氢： RCH2+RCH2+2HRCH3+RCH3以及再缩聚反应：RCH2+RC

5、H2RCH2-CH2R2RCH2RCH2-CH2R2RCH2RCH2-CH2R反应中氢的来源有几个方面： 溶解于溶剂中的氢在催化剂作用下变为活性氢 （氢气中的氢分子被催化剂活化）； 溶剂油提供的或传递的氢 （供氢溶剂碳氢键断裂产生的氢自由基）； ； 煤本身可供应的氢 （煤分子中碳氢键断裂产生的氢自由基） ； 化学反应生成的氢 （如CO+H2OCO2+H2）。采取以下措施对供氢有利： 使用有供氢性能的溶剂； 提高系统氢气压力； 提高催化剂的活性； 保持一定的H2S浓度等。脱杂原子的反应脱氧反应脱硫反应脱氮反应结焦反应防止结焦的措施：防止结焦的措施：提高系统的氢的分压提高供氢溶剂的浓度反应温度不要

6、太高降低循环油中沥青烯含量缩短反应时间3.加氢液化的产物一）、工业催化剂的性能要求一）、工业催化剂的性能要求1 1、良好的催化活性、良好的催化活性2 2、高的反应选择性、高的反应选择性3 3、较长的催化剂寿命、较长的催化剂寿命二）、工业催化剂的组成部分二）、工业催化剂的组成部分1 1、活性组分、活性组分2 2、助催化剂、助催化剂3 3、载体、载体三）催化剂的作用三）催化剂的作用1 1、活化反应物，加速加氢反应速率，提高煤液化的转化率、活化反应物，加速加氢反应速率，提高煤液化的转化率和油收率和油收率2 2、促进溶剂的再加氢和氢源与煤之间的氢传递、促进溶剂的再加氢和氢源与煤之间的氢传递3 3、选择

7、性、选择性五、煤直接液化的催化剂五、煤直接液化的催化剂常用催化剂常用催化剂 选用合适的催化剂对煤直接液化至关重要，能够提高液选用合适的催化剂对煤直接液化至关重要，能够提高液化反应速度，提高油产率，改善油品质量，也是控制工艺成化反应速度，提高油产率，改善油品质量，也是控制工艺成本的重要因素。根据催化剂的作用机理，添加催化剂的作用本的重要因素。根据催化剂的作用机理，添加催化剂的作用主要有两个方面，一是促进煤大分子的裂解，二是促进自由主要有两个方面，一是促进煤大分子的裂解，二是促进自由基的加氢。基的加氢。 煤加氢液化催化剂种类很多，有工业价值的催化剂主要煤加氢液化催化剂种类很多，有工业价值的催化剂主

8、要是：是：（1 1）金属及其氧化物）金属及其氧化物 一般认为铁（一般认为铁（FeFe）、镍（）、镍（NiNi）、钴（）、钴（CoCo）、钼（）、钼（MoMo）、）、钛（钛（TiTi）和钨（）和钨（WW）等过渡金属具有加氢液化活性，属于高）等过渡金属具有加氢液化活性，属于高价可再生型催化剂。价可再生型催化剂。（2 2）硫化铁）硫化铁 一般认为硫化铁可促使一般认为硫化铁可促使H2S H2S 分解，生成的新的分解，生成的新的H H要比要比原料中的原料中的H H活泼得多，从而加速了煤的加氢液化。研究发现活泼得多，从而加速了煤的加氢液化。研究发现，将氢氧化铁浸渍在煤上并同时添加游离，将氢氧化铁浸渍在煤上

9、并同时添加游离S S，催化活性很高。，催化活性很高。天然黄铁矿、铁精矿和提铝废渣（赤泥）也具有良好的催化天然黄铁矿、铁精矿和提铝废渣（赤泥）也具有良好的催化效果，属于廉价可弃型催化剂。效果，属于廉价可弃型催化剂。（3 3）卤化物）卤化物 金属卤化物催化剂开发主要集中于金属卤化物催化剂开发主要集中于ZnCl2,ZnCl2,因为它比其它卤因为它比其它卤化物具有价廉易得、性质稳定、容易回收等优点。但卤化物化物具有价廉易得、性质稳定、容易回收等优点。但卤化物催化剂对设备有腐蚀性，目前在工业上很少应用。催化剂对设备有腐蚀性，目前在工业上很少应用。 六、煤直接液化的影响因素1、原料煤的影响煤中的灰分要低，

10、一般小于10%。煤的可磨性要好。因为煤的直接液化要先把煤磨成200目左右的煤粉，并把它干燥到水分小于2%。煤中的氢含量越高越好，氧的含量越低越好。煤中的氮等杂原子含量越低越好，以降低油品加工提质的费用。煤岩的组成也是液化的一项主要指标，镜质组越高，煤的液化性能越好。2、供氢溶剂的影响热溶解煤依靠溶剂能力使煤颗粒发生溶胀和软化溶解氢气走催化剂时，促使催化剂分散和萃取出在催化剂表面上强吸附的毒物供氢溶剂分类普通溶剂重质油废塑料、废橡胶、废油脂3 3、操作条件的影响、操作条件的影响（ 1 1 ）反应温度）反应温度 反应温度是煤加氢液化的一个非常重要的条件，煤反应温度是煤加氢液化的一个非常重要的条件，

11、煤加热到最加热到最合适合适的反应温度，可以获得理想的转化率和的反应温度，可以获得理想的转化率和油收率。油收率。煤发生膨胀，局部溶解，此时不消耗氢，说明煤煤发生膨胀，局部溶解，此时不消耗氢，说明煤尚未开始加氢液化。尚未开始加氢液化。温度升高，转化率和氢耗量同时增加温度升高，转化率和氢耗量同时增加温度升到最佳值范围温度升到最佳值范围(420450)(420450)时，煤的转化时，煤的转化率和油收率达到最高。率和油收率达到最高。温度再升高，转化率和油收率减少。温度再升高，转化率和油收率减少。 图6-8液化温度对煤转换率及产物分布的影响（daf:干燥无灰基）（ 2 2 ）反应压力反应压力 氢在煤浆中的

12、溶解度随压力增加而增加。氢在煤浆中的溶解度随压力增加而增加。 压力提高，煤液化过程中的加氢速度就加快，压力提高，煤液化过程中的加氢速度就加快，阻止了煤热解生成的低分子组分裂解或聚合成半焦的阻止了煤热解生成的低分子组分裂解或聚合成半焦的反应，使低分子物质稳定，从而提高油收率；反应，使低分子物质稳定，从而提高油收率； 提高压力，还可使液化过程采用较高的反应温提高压力，还可使液化过程采用较高的反应温度，例如，在较低压力下，反应温度超过度，例如，在较低压力下，反应温度超过440440时转化时转化率下降，而在较高压力下，反应温度超过率下降，而在较高压力下，反应温度超过470470，转化，转化率才下降。率

13、才下降。 氢压提高，对高压设备的投资、能量消耗和氢氢压提高，对高压设备的投资、能量消耗和氢耗量都要增加，产品成本相应提高，所以应根据原料耗量都要增加，产品成本相应提高，所以应根据原料煤性质、催化剂活性和操作温度，选择合适的氢压。煤性质、催化剂活性和操作温度，选择合适的氢压。一般压力控制在一般压力控制在20MPa20MPa以下是可行的。以下是可行的。 七煤直接液化工艺七煤直接液化工艺1 1、基本单元工艺过程基本单元工艺过程 煤直接液化工艺流程种类很多，但它们的共同特征煤直接液化工艺流程种类很多，但它们的共同特征都是在高温高压下使高浓度煤浆中的煤发生热解，在催都是在高温高压下使高浓度煤浆中的煤发生

14、热解，在催化剂作用下进行加氢和进一步分解，最终成为稳定的液化剂作用下进行加氢和进一步分解，最终成为稳定的液体产品。煤直接液化工艺过程存在三个主要基本工艺单体产品。煤直接液化工艺过程存在三个主要基本工艺单元，这三个基本单元结构简图见图元，这三个基本单元结构简图见图6-9 6-9 图6-9 煤炭直接液化三个基本单元结构简图 煤浆制备单元：将煤粉与焦油或循环油（液化溶煤浆制备单元：将煤粉与焦油或循环油（液化溶剂）、催化剂一起研磨制成煤浆（油煤浆），以供液相加剂）、催化剂一起研磨制成煤浆（油煤浆），以供液相加氢。氢。 反应单元：在高温高压下的反应器内进行加氢分解反应单元：在高温高压下的反应器内进行加氢

15、分解反应，生成液状物。反应，生成液状物。 分离单元：将反应生成的液状物进行减压降温分离分离单元：将反应生成的液状物进行减压降温分离，获得残渣、重油、液化粗油（中油）和反应气（轻油），获得残渣、重油、液化粗油（中油）和反应气（轻油），其中重油作为循环溶剂配煤浆用；残渣是由高沸点油、，其中重油作为循环溶剂配煤浆用；残渣是由高沸点油、催化剂、灰分和未反应煤所组成的混合物，通常部分循环催化剂、灰分和未反应煤所组成的混合物，通常部分循环使用；反应气主要由轻油和氢气组成，再冷却分离后的气使用；反应气主要由轻油和氢气组成，再冷却分离后的气体，部分循环使用。总工艺过程的液体产率超过体，部分循环使用。总工艺过程

16、的液体产率超过70%(70%(以无以无水无灰基煤计算水无灰基煤计算) )，工艺的总热效率通常在，工艺的总热效率通常在60%60%70%70%。 整个煤直接液化工艺流简图如图整个煤直接液化工艺流简图如图6-106-10所示。所示。 煤直接液化得到的液化粗油还应进行脱除氮、氧及硫煤直接液化得到的液化粗油还应进行脱除氮、氧及硫的化合物，然后进行裂化重整和精馏提质，最后才能获得的化合物，然后进行裂化重整和精馏提质，最后才能获得商品汽油和柴油为主要成分的精制产物。商品汽油和柴油为主要成分的精制产物。 图6-10 煤直接液化工艺流程简图6.3.3.26.3.3.2煤炭直接液化工艺流程煤炭直接液化工艺流程

17、德国最初研究和开发的煤直接液化工艺为德国最初研究和开发的煤直接液化工艺为IGIG工工艺，是德国艺，是德国I.G.FarbenindustrieI.G.Farbenindustrie（燃料公司）在（燃料公司）在19271927年建成的第一套生产装置。随后在年建成的第一套生产装置。随后在IGIG工艺的基工艺的基础上开发出更为先进的煤加氢液化和加氢精制一体础上开发出更为先进的煤加氢液化和加氢精制一体化联合工艺（化联合工艺（IGORIGOR工艺）。其后美国也开发出氢工艺）。其后美国也开发出氢- -煤法（煤法（H-Coa1H-Coa1）、溶剂精炼煤法（）、溶剂精炼煤法（SRCSRC）、供氢溶）、供氢溶剂

18、法（剂法（EDSEDS）等工艺。我国在吸收了国外煤液化技）等工艺。我国在吸收了国外煤液化技术研究成果的基础上，开发出了术研究成果的基础上，开发出了“神华煤直接液化神华煤直接液化新工艺新工艺”的试验装置。的试验装置。 （1 1）德国的）德国的IGORIGOR工艺工艺 该工艺大致可分为煤浆制备、液化反应、两段该工艺大致可分为煤浆制备、液化反应、两段催化加氢、液化产物分离和常减压蒸馏等工艺流程催化加氢、液化产物分离和常减压蒸馏等工艺流程，其工艺流程如图，其工艺流程如图6-116-11所示。所示。图6-11 IGOR直接液化工艺流程简图 煤浆、催化剂、氢气和循环溶剂一起依次进入煤浆煤浆、催化剂、氢气和

19、循环溶剂一起依次进入煤浆预热器和液化反应器反应，反应器操作温度为预热器和液化反应器反应，反应器操作温度为470470，反，反应压力为应压力为30MPa30MPa。反应后由反应器排出的液体产物进入。反应后由反应器排出的液体产物进入高温分离器，将重质物料和气体物料分开。由高温分离高温分离器，将重质物料和气体物料分开。由高温分离器底部排出的重质物料经减压闪蒸塔分离成残渣和闪蒸器底部排出的重质物料经减压闪蒸塔分离成残渣和闪蒸油，闪蒸油又通过高压泵打入系统与高温分离器分出的油，闪蒸油又通过高压泵打入系统与高温分离器分出的气体一起进入第一固定床加氢反应器，该反应器操作温气体一起进入第一固定床加氢反应器，该

20、反应器操作温度为度为350350420420，在此获得的加氢反应产物进入中温分，在此获得的加氢反应产物进入中温分离器，从底部排出的重质油作为循环溶积，从顶部出来离器，从底部排出的重质油作为循环溶积，从顶部出来的气体和轻质油蒸气进入第二固定床反应器又一次加氢，的气体和轻质油蒸气进入第二固定床反应器又一次加氢，再通过低温气液分离器分离出轻质油产品，气体再通过再通过低温气液分离器分离出轻质油产品，气体再通过循环氢压机加压后循环使用。循环氢压机加压后循环使用。 液化油经两步催化加氢后，已完成提质加工过程，液化油经两步催化加氢后，已完成提质加工过程，油中的油中的N N和和S S含量降至含量降至10-61

21、0-6数量级。此产品可直接蒸馏得数量级。此产品可直接蒸馏得到直馏汽油和柴油，直馏汽油再经重整就可获得高辛烷到直馏汽油和柴油，直馏汽油再经重整就可获得高辛烷值的汽油产品，而柴油只需加入少量添加剂即可得到合值的汽油产品，而柴油只需加入少量添加剂即可得到合格产品。格产品。 IGOR IGOR工艺相对工艺相对IGIG（煤液化）工艺具有下列几点改进（煤液化）工艺具有下列几点改进： 液化残渣的固液分离由离心过滤改为减压闪蒸分离液化残渣的固液分离由离心过滤改为减压闪蒸分离，使操作简单，设备处理能力增大，效率高。，使操作简单，设备处理能力增大，效率高。 循环溶剂为催化加氢后的重质油，不含固体，也基循环溶剂为催

22、化加氢后的重质油，不含固体，也基本不含沥青稀，使煤浆黏度大大降低，溶剂供氢能力增强本不含沥青稀，使煤浆黏度大大降低，溶剂供氢能力增强，反应压力降低，反应条件相对缓和。，反应压力降低，反应条件相对缓和。将煤液化反应和液化油提质加工串联在同一个高压将煤液化反应和液化油提质加工串联在同一个高压系统内进行，简化了工艺，避免了能量损失。系统内进行，简化了工艺，避免了能量损失。 (2)(2) 氢煤法氢煤法(H-Coal(H-Coal工艺工艺) )H-CoalH-Coal工艺始于工艺始于19631963年年, ,是美国碳氢化合物公司（是美国碳氢化合物公司（HRTHRT公司）在原有的重油催化加氢裂解的氢油法（

23、公司）在原有的重油催化加氢裂解的氢油法（H-OilH-Oil）的基础上研究开发的煤加氢液化工艺（）的基础上研究开发的煤加氢液化工艺（H-CoalH-Coal工艺）。工艺）。H-CoalH-Coal工艺大致可分为煤浆制备、液化反应、产物分离和工艺大致可分为煤浆制备、液化反应、产物分离和液化油精制等组成部分。它的显著特征是采用沸腾床催化液化油精制等组成部分。它的显著特征是采用沸腾床催化反应器，其工艺流程如图反应器，其工艺流程如图6-126-12所示。所示。图6-12 H-Coal工艺流程图 1- 1-煤浆制备；煤浆制备；2-2-预热器；预热器；3-3-反应器；反应器；4-4-闪蒸塔；闪蒸塔；5-5

24、-冷分离器；冷分离器；6-6-气气体洗涤塔；体洗涤塔；7-7-常压蒸馏塔；常压蒸馏塔；8-8-减压蒸馏塔；减压蒸馏塔；9-9-液固分离器；液固分离器；10-10-旋流器；旋流器；11-11-浆浆状反应状反应物料液位；物料液位；1212催化剂上限；催化剂上限；13-13-循环管；循环管；14-14-分布板；分布板；15-15-搅拌螺旋桨搅拌螺旋桨粒度小于粒度小于0.25mm0.25mm的煤粉与重质循环溶剂配成煤浆，的煤粉与重质循环溶剂配成煤浆，与压缩氢气混合，经预热器预热后加入到沸腾床催化反与压缩氢气混合，经预热器预热后加入到沸腾床催化反应器，反应温度应器，反应温度425425455455，反应

25、压力，反应压力20MPa20MPa。反应采。反应采用钴用钴- -钼钼/ /氧化铝（氧化铝（Co-Mo/Al2O3Co-Mo/Al2O3）柱状颗粒催化剂。）柱状颗粒催化剂。催化剂床层的膨胀和沸腾主要靠向上流动的液相速度来催化剂床层的膨胀和沸腾主要靠向上流动的液相速度来实现，提高液相速度的方法是在反应器底部设液体循环实现，提高液相速度的方法是在反应器底部设液体循环泵。为了保证催化剂的活性，在反应中连续抽出泵。为了保证催化剂的活性，在反应中连续抽出2%2%的催的催化剂进行再生，并同时补充等量的新催化剂。化剂进行再生，并同时补充等量的新催化剂。反应产物排出反应器后，经冷却、气液分离，分成气反应产物排出

26、反应器后，经冷却、气液分离，分成气相、不含固体液相和含固体液相。气相净化后富氢气体相、不含固体液相和含固体液相。气相净化后富氢气体循环使用，与新鲜氢气一起进入煤浆预热器。不含固体循环使用，与新鲜氢气一起进入煤浆预热器。不含固体液相进入常压蒸馏塔，分馏出轻油和重油。轻油作为液液相进入常压蒸馏塔，分馏出轻油和重油。轻油作为液化粗油产品，重油作为循环溶剂返回制浆系统。含未反化粗油产品，重油作为循环溶剂返回制浆系统。含未反应煤等的固体液相进入旋流分离器，分离成高固体液化应煤等的固体液相进入旋流分离器，分离成高固体液化粗油和低固体液化粗油。粗油和低固体液化粗油。H-CoalH-Coal工艺的主要特点可归

27、纳为以下几点：工艺的主要特点可归纳为以下几点：采用沸腾床三相反应器，对原料煤的适应性强，采用沸腾床三相反应器，对原料煤的适应性强，可适用于褐煤、次烟煤和烟煤。由于采用催化剂循环可适用于褐煤、次烟煤和烟煤。由于采用催化剂循环流动，因此可通过控制催化剂的活性来实现液化产物流动，因此可通过控制催化剂的活性来实现液化产物品种的控制。品种的控制。沸腾床内传热传质效果好，有利于提高煤的液化沸腾床内传热传质效果好，有利于提高煤的液化率。率。该工艺是将煤的催化液化反应、循环溶剂加氢反该工艺是将煤的催化液化反应、循环溶剂加氢反应和液化产物精制过程综合在一个反应器内进行，有应和液化产物精制过程综合在一个反应器内进

28、行，有效地缩短了工艺流程。效地缩短了工艺流程。低固体液化粗油返回煤浆制备罐，以减少煤浆制备低固体液化粗油返回煤浆制备罐，以减少煤浆制备所需的循环溶剂。高固体液化粗油进入减压蒸馏装置所需的循环溶剂。高固体液化粗油进入减压蒸馏装置，分离成重油和残渣。残渣用于气化制氢，重油部分，分离成重油和残渣。残渣用于气化制氢，重油部分作为循环溶剂返回煤浆制备罐，另一部分作为重油产作为循环溶剂返回煤浆制备罐，另一部分作为重油产品。品。 （3 3）埃克森供氢溶剂法）埃克森供氢溶剂法(EDS(EDS工艺工艺) ) EDS EDS工艺是美国工艺是美国ExxonExxon石油公司于石油公司于19661966年首先开年首先

29、开发出一种煤炭直接液化工艺。发出一种煤炭直接液化工艺。EDSEDS工艺的关键是让循工艺的关键是让循环溶剂在进入煤预处理过程之前，先经过固定床加氢环溶剂在进入煤预处理过程之前，先经过固定床加氢反应器对溶剂加氢，以提高溶剂的供氢能力。反应器对溶剂加氢，以提高溶剂的供氢能力。EDSEDS工工艺流程如图艺流程如图6-136-13所示。所示。 煤与加氢后的溶剂制成煤浆后，与氢气混合预热煤与加氢后的溶剂制成煤浆后，与氢气混合预热后进入加氢反应器，反应温度后进入加氢反应器，反应温度425425450450左右，反左右，反应压力为应压力为17.5MPa17.5MPa，不需另加催化剂，反应所得产物，不需另加催化

30、剂，反应所得产物进入气液分离器，分出气体产物和液体产物。气体产进入气液分离器，分出气体产物和液体产物。气体产物通过分离后，所得富氢尾气与新鲜氢混合使用。液物通过分离后，所得富氢尾气与新鲜氢混合使用。液体产物进入常、减压蒸馏系统，分离成气体燃料油、体产物进入常、减压蒸馏系统，分离成气体燃料油、石脑油、循环溶剂和塔釜残渣。循环溶剂馏分送入固石脑油、循环溶剂和塔釜残渣。循环溶剂馏分送入固定床催化反应器，通过催化加氢反应来恢复循环溶剂定床催化反应器，通过催化加氢反应来恢复循环溶剂的供氢能力，使用的催化剂是石油工业传统的镍的供氢能力，使用的催化剂是石油工业传统的镍- -钼或钼或钴钴- -钼钼/ /氧化铝

31、催化剂，反应器操作温度氧化铝催化剂，反应器操作温度370370，操作压，操作压力力11MPa11MPa。（4 4）HTIHTI工艺工艺 HTI HTI工艺是在工艺是在H-CoalH-Coal工艺和工艺和CTSLCTSL工艺基础上，由工艺基础上，由HydrocarbonHydrocarbon技术公司技术公司（HTIHTI）根据商业化的用于改善重质油）根据商业化的用于改善重质油性能，采用近十年开发的悬浮床反应器和性能，采用近十年开发的悬浮床反应器和HTIHTI研发的胶体铁基研发的胶体铁基催化剂而专门开发一种煤加氢液化工艺。根据催化剂而专门开发一种煤加氢液化工艺。根据H-CoalH-Coal液化工艺

32、液化工艺，美国于，美国于19801980年在肯塔基州的年在肯塔基州的CatlettsburgCatlettsburg建造了一座建造了一座200t/d200t/d的中试厂，该试验厂一直生产到的中试厂，该试验厂一直生产到19831983年。年。随后，美国设计了一座可进行商业化生产的液化厂，建在肯随后，美国设计了一座可进行商业化生产的液化厂，建在肯塔基州的塔基州的vBreckinridgevBreckinridge。美国能源部资助的大部分液化项目是。美国能源部资助的大部分液化项目是以以H-CoalH-Coal液化工艺为基础的，该工艺也被有效地应用到催化两液化工艺为基础的，该工艺也被有效地应用到催化两

33、段液化（段液化（CTSLCTSL）工艺中。）工艺中。HTIHTI工艺流程示意图见图工艺流程示意图见图6-146-14。 图 6-14 HTI工艺流程示意H T IH T I 工 艺 流 程 示 该 工 艺 的 主 要 技 术 特 征 ：工 艺 流 程 示 该 工 艺 的 主 要 技 术 特 征 ： 用 胶 态 用 胶 态 F eF e 催 化 剂 替 代催 化 剂 替 代 N i / M oN i / M o 催 化 剂 ， 降 低催 化 剂 ， 降 低催 化 剂 成 本 ， 同 时 胶 态催 化 剂 成 本 ， 同 时 胶 态 F eF e 催 化 剂 比 常 规 铁 系 催 化催 化 剂

34、比 常 规 铁 系 催 化剂 活 性 明 显 提 高 ， 催 化 剂 用 量 少 ， 相 对 可 以 减 少剂 活 性 明 显 提 高 ， 催 化 剂 用 量 少 ， 相 对 可 以 减 少固 体 残 渣 夹 带 的 油 量 ；固 体 残 渣 夹 带 的 油 量 ； 采 用 外 循 环 全 返 混 三 相 鼓 泡 床 反 应 器 ， 强 化 采 用 外 循 环 全 返 混 三 相 鼓 泡 床 反 应 器 ， 强 化传 热 、 传 质 ， 提 高 反 应 器 处 理 能 力 ；传 热 、 传 质 ， 提 高 反 应 器 处 理 能 力 ； 与 德 国 与 德 国 I G O RI G O R 工

35、 艺 类 似 ， 对 液 化 粗 油 进 行 在工 艺 类 似 ， 对 液 化 粗 油 进 行 在线 加 氢 精 制 ， 进 一 步 提 高 了 馏 分 油 品 质 ；线 加 氢 精 制 ， 进 一 步 提 高 了 馏 分 油 品 质 ； 反 应 条 件 相 对 温 和 ， 反 应 温 度 反 应 条 件 相 对 温 和 ， 反 应 温 度 4 4 0 4 5 0 0 4 4 0 4 5 0 0 ， 反 应 压 力 为， 反 应 压 力 为 1 7 M P a1 7 M P a ， 油 产 率 高 ， 氢 耗 低 ；， 油 产 率 高 ， 氢 耗 低 ； 固 液 分 离 采 用 固 液 分 离

36、 采 用 L u m u sL u m u s 公 司 的 溶 剂 萃 取 脱 灰 ，公 司 的 溶 剂 萃 取 脱 灰 ，使 油 收 率 提 高 约使 油 收 率 提 高 约 5 %5 % 。l 溶剂精炼煤（Solvent Refined Coal）工艺简称SRC法，是煤在较高压力和温度下，在有氢气存在的条件下进行溶剂萃取加氢，生产低灰、低硫的清洁固体燃料和液体燃料。l 该工艺属一段煤液化技术，反应过程不加催化剂，反应条件比较温和，反应压力为14Mpa，依生产目的不同可分为SRC-I和SRC-II工艺。l SRC-I工艺是由美国匹兹堡密德威煤炭矿业公司于20世纪60年代初根据第二次世界大战前

37、德国的Pott-Broche工艺原理开发出来的，其目的是由煤生产洁净的固体燃料。l 特点：不用外加催化剂，利用煤中矿物质自身催化作用；反应条件温和，反应温度400500；反应压力1015MPa。SRC-I工艺的主要产品固体溶剂精炼煤SRC，产率约占60%。第七节、直接液化的典型工艺第七节、直接液化的典型工艺- -溶剂精炼煤法SRC-I工艺流程图工艺流程图第七节、直接液化的典型工艺第七节、直接液化的典型工艺- -溶剂精炼煤法煤种科洛尼尔矿肯塔基9号洛韦里奇矿匹兹堡8号伯恩宁斯塔尔矿伊利诺斯6号蒙特利矿伊利诺斯6号贝尔埃尔矿怀俄明州煤中硫/%3.12.63.14.40.7工艺条件温度/424-45

38、7457438457457压力/MPa10.34-16.5511.7212.4116.5516.55流量/kgh-1400-800400368400400煤转化率/%91-9591909585SRC产率/%55-6569635445SRC硫含量/%0.80.90.90.950.1美国威尔逊镇美国威尔逊镇6t/d的的SRC-I工艺装置运转结果工艺装置运转结果l SRC-II工艺是在SRC-I基础上改进得到的一种新工艺，主要以生产全馏分低硫燃料为目的。l SRC-II工艺由美国海湾石油公司（Gulf Oil Corporation）开发，并建设了50t/d的实验装置。l 此工艺溶解反应器操作条件更

39、高，温度460、压力14.0Mpa、停留时间60min，轻质产品的产率提高。l 在蒸馏或固液分离前，部分反应产物循环至煤浆制备单元，循环溶剂中含有未反应的固体和不可蒸馏SRC。l 固体通过减压蒸馏脱除，从减压塔排除后作为制氢原料，塔顶为固体产品。第七节、直接液化的典型工艺第七节、直接液化的典型工艺- -溶剂精炼煤法SRC-II工艺流程图工艺流程图项目产率/%项目产率/%C1-C416.6灰9.9总液体油43.7H2S2.3其中C5至19511.4CO+CO2+NH31.1195-2509.5H2O7.2250-45422.8合计104.7SRC（454）20.2氢耗量4.7未反应煤3.7肯塔基

40、烟煤在肯塔基烟煤在SRC-II工艺实验装置的实验结果工艺实验装置的实验结果（5 5）日本）日本NEDOLNEDOL工艺工艺 2020世纪世纪8080年代，日本开发了年代，日本开发了NEDOLNEDOL烟煤液烟煤液化工艺，该工艺实际上是化工艺，该工艺实际上是EDSEDS工艺的改进型，工艺的改进型，改进之处是在液化反应器内加入铁系催化剂，改进之处是在液化反应器内加入铁系催化剂，反应压力也提高到反应压力也提高到1719MPa1719MPa，循环溶剂是液，循环溶剂是液化重油加氢后的供氢溶剂，供氢性能优于化重油加氢后的供氢溶剂，供氢性能优于EDSEDS工艺。通过上述改进，液化油收率有较大提高。工艺。通过

41、上述改进，液化油收率有较大提高。 1996 1996年年7 7月，在日本鹿岛建成月，在日本鹿岛建成150t/d150t/d的中试的中试厂投入运转，至厂投入运转，至19981998年，该中试厂已完成了运年，该中试厂已完成了运转两个印尼煤和一个日本煤的试验，取得了工转两个印尼煤和一个日本煤的试验，取得了工程放大设计参数。程放大设计参数。NEDOLNEDOL工艺流程示意图如工艺流程示意图如图图6-156-15所示。所示。图6-15 NEDOL工艺流程示意图采用瞬间涡流仓煤干燥技术，在煤干燥的同时可以增采用瞬间涡流仓煤干燥技术，在煤干燥的同时可以增加原料煤的比表面积和孔容积，并可以减少煤颗粒粒度，加原

42、料煤的比表面积和孔容积，并可以减少煤颗粒粒度，有利于煤加氢液化反应的强化；有利于煤加氢液化反应的强化；采用半离线固定床催化反应器对液化粗油进行加氢精采用半离线固定床催化反应器对液化粗油进行加氢精制，便于操作。制，便于操作。因缺乏较大规模中试装置运行检验和验证，特别是催化因缺乏较大规模中试装置运行检验和验证，特别是催化剂回收的经济性，而且如此温和的液化条件对煤质要求也剂回收的经济性，而且如此温和的液化条件对煤质要求也较高，因此这些尚待考证。较高，因此这些尚待考证。（7 7） 中国神华煤直接液化新工艺中国神华煤直接液化新工艺自自20012001年年3 3月，我国第一个煤炭液化示范项目经国家批月，我

43、国第一个煤炭液化示范项目经国家批准后，中国神华集团公司联合各方面的专家对该项目进行准后，中国神华集团公司联合各方面的专家对该项目进行论证和研究，展开了以神华煤田煤样为代表的煤液化试验论证和研究，展开了以神华煤田煤样为代表的煤液化试验，提出了溶剂全部加氢的直接液化新工艺。该项目第一期，提出了溶剂全部加氢的直接液化新工艺。该项目第一期工程于工程于20042004年年8 8月开工建设，项目厂址在内蒙古鄂尔多斯月开工建设，项目厂址在内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗乌兰木伦镇马家塔，项目总设计年产油品市伊金霍洛旗乌兰木伦镇马家塔，项目总设计年产油品500500万吨。该项目是目前世界上规模最大的煤直接液化制万吨

44、。该项目是目前世界上规模最大的煤直接液化制油示范厂。工艺流程如图油示范厂。工艺流程如图6-176-17所示。所示。图6-17神华煤直接液化工艺流程简图图6-1神华直接液化项目流程图该工艺的主要技术特点可归纳为以下几点：该工艺的主要技术特点可归纳为以下几点： 采用两个串联的全返混反应器，煤浆空速提高采用两个串联的全返混反应器，煤浆空速提高； 采用国内研制的人工合成超细铁催化剂，催化采用国内研制的人工合成超细铁催化剂，催化剂活性高，用量少；剂活性高，用量少； 取消溶剂脱灰工序，固液分离采用成熟的减压取消溶剂脱灰工序，固液分离采用成熟的减压蒸馏法；蒸馏法； 循环溶剂全部催化加氢；循环溶剂全部催化加氢

45、； 液化粗油精制采用离线加氢方案；液化粗油精制采用离线加氢方案； 油收率高，用神华煤做原料时，油收率在油收率高，用神华煤做原料时，油收率在55%55%以上。以上。 （3）原料）原料配比配比l 煤油浆中煤的浓度（原料配比）主要影响馏分油的产率。l 在很低浓度时共处理馏分油产率比渣油单独加工高出9%，表明煤和渣油之间的确存在协同效应。l 随着煤浓度的增加，馏分油产率降低。l 一般煤油共处理的煤浆浓度在30%35%为宜。第七节、第七节、煤油共炼技术煤油共炼技术主要影响因素主要影响因素（4）煤油共处理过程中的）煤油共处理过程中的逆反应逆反应l 煤油共处理中的逆反应（缩聚反应）在某些情况下是非常显著的，

46、许多人认为这是和煤中羟基的多少相关联的，特别是在羟基含量比较高的低阶煤中。l 一些含羟基的模型化合物如二羟基苯、二羟基萘、萘酚等在液化条件下可形成难溶的呋喃型结构产物。l 添加供氢体可以显著抑制逆反应，Owens和Curtis在煤和萘的反应系统中，添加过氢菲（PHP）使煤的转化率从13%提高到73%，同时蒽发生了显著的加氢反应，生成19.2%的二氢蒽、24.7%的蒽。l 申峻等在470下进行的煤和石油渣油共处理中，添加四氢萘也有效地抑制了高温缩聚反应，添加量越大，抑制效果越明显。第七节、第七节、煤油共炼技术煤油共炼技术主要影响因素主要影响因素（1）液化原料煤特性研究深入研究。（2）液化煤分级转化。对原料煤进行预处理及分级转化，使容易转化得到的液化油及时离开反应体系，防止过度转化成气体，提高油收率和降低氢耗。（3）液化工艺优化和系统高度集成。通过系统合理配置和优化集成实现能量的合理高效利用。（4）催化剂高活性、高分散性。使用高活性、高分散型催化剂，达到降低催化剂用量，实现高油收率的目的。（新催化剂研制！）（5）反应器大型化。通过先进大型反应器的开发，提高单系列处理能力和煤液化装置运行的经济性。（新装置研制开发！）（6）主、副产品的优化利用。煤直接液化油产品和液化残渣进行深加工和资源化利用，实现其高附加值利用。第七节、煤直接液化技术发展趋势第七节、煤直接液化技术发展趋势